การศึกษากลไกการเร่งปฏิกิริยาและสมบัติความจำเพาะต่อสับสเตรตของเอนไซม์เบต้า-อะลานีนซินเทสจากยีสต์ด้วยระเบียบวิธี ONIOM

Abstract

เอนไซม์เบต้าอะลานีนซินเทส เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในขั้นตอนสุดท้ายของวิถีรีดักทีฟมีความจำเพาะต่อสับสเตรต เรียกว่า เอ็น-คาร์บามิล-เบต้าอะลานีน หรือ NCβA จะสลายตัวและให้ก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนีย และ เบต้า-อะลานีน ซึ่งจัดเป็นสารสำคัญต่อกระบวนการเมแทบอลิซึมของกลูโคส การต้านอนุมูลอิสระ และการพัฒนาของระบบประสาทส่วนกลางและเรตินา งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์ เพื่อศึกษากลไกการเร่งปฏิกิริยาและความจำเพาะต่อสับสเตรตของเอนไซม์ โดยใช้ระเบียบวิธีการคำนวณ ONIOM2 (B3LYP/6-31G(d,p):PM3) นอกจากนี้ยังพิจารณาสับสเตรตที่มีหมู่แทนที่แตกต่างกันที่ตำแหน่ง R2 และ R3 ได้แก่ อะตอมไฮโดรเจน หมู่เมทิล หมู่ฟีนิล หมู่เอมีน จากผลการคำนวณ พบว่า พลังงานการยึดเกาะของ R2 เป็นอะตอมไฮโดรเจน หมู่เมทิล หมู่เอมีน หมู่ฟีนิล และ R3 เป็นหมู่เมทิล มีค่าพลังงาน คือ -83.21, -76.23, -70.62, -25.03 และ -75.60 กิโลแคลอรี่ต่อโมล ตามลำดับ ค่าพลังงานยึดเกาะที่ต่ำที่สุด คือ R2 เป็นหมู่ฟีนิล และมีค่าพลังงานศักย์ในขั้นกำหนดอัตรา คือ 18.39, 16.58, 20.44, 28.09 และ 22.70 กิโลแคลอรี่ต่อโมล ตามลำดับ ค่าพลังงานกระตุ้นที่สูงที่สุด คือ R2 เป็นหมู่ฟีนิล สามารถอธิบายได้โดยการผลักกันของหมู่ฟีนิลที่มีขนาดใหญ่ในขณะที่เข้าทำปฏิกิริยา ซึ่งกลไกจะเกิดอยู่ 3 ขั้นตอน ได้แก่ ขั้นตอนของปฏิกิริยาการแทนที่ที่ตำแหน่งหมู่คาร์บอนิลของสับสเตรตโดยไอออนไฮดรอกไซด์ ขั้นที่สอง คือ การถ่ายโอนโปรตอนจาก Glu159 ไปยังอะตอมไนโตรเจนของสารตั้งต้น และขั้นสุดท้าย คือ การแตกออกของพันธะ C-N ของสับสเตรต และได้เบต้า-อะลานีนเป็นผลิตภัณฑ์